[베리타스알파=김하연 기자] 이화여대(총장 이향숙) 화학/나노과학과 김동하 교수 연구팀이 가시광 전 영역에서 고효율의 원편광을 구현하는 별모양 블록 공중합체 기반 키랄 초분자 공동조립 기술을 개발했다.
이번 연구는 기존에 구현이 어려웠던 적색 원편광까지 안정적으로 발현시키고, 장기간 초분자 키랄성을 유지할 수 있다는 점에서 주목받았다. 이번 성과는 세계 3대 과학저널 중 하나이자 과학계 최고 권위 학술지인 '사이언스(Science)'에 8월 14일 게재되며, 이화여대의 국제 연구 경쟁력을 다시 한번 입증했다.
원편광 발광은 빛의 전기장이 나선형으로 회전하며 방출되는 현상으로, 3D 디스플레이, 양자광학, 위조 방지, 스핀트로닉스 등 차세대 광전자 분야에서 핵심적인 역할을 한다. 그러나 기존 기술은 구조적 불안정성과 낮은 키랄 전달 효율 등으로 강한 원편광 구현이 어려웠으며, 특히 장파장(적색) 영역의 원편광 구현은 기술적으로 큰 난제였다.
김동하 교수팀은 이를 해결하기 위해 비키랄 별모양 구조의 양친성 블록 공중합체와 키랄 소분자(R/S-만델산)를 수소결합으로 결합하고, 열 처리를 통해 키랄 공동조립을 유도했다. 이 과정에서 나노벨트 구조가 나선형 마이크로섬유로 발전하는 계층적 키랄 조립체를 형성했으며, 나선의 방향성(handedness)은 사용된 만델산의 광학이성질체에 의해 결정됐다.
연구팀이 제작한 초분자 조립체는 기존 대비 훨씬 강한 키랄 광학 특성을 보였으며, 기계적 성능도 향상됐다. 또한 상온에서 100일 이상 키랄 광학 특성과 구조적 안정성을 유지했고, 반복적인 가열/냉각 순환 후에도 성능 저하 없이 우수한 안정성을 보였다. 더불어 연구팀은 다양한 비키랄 발광체(친수성/소수성 염료, 응집 유도 소광/응집 유도 발광 형광체, 페로브스카이트 나노결정)를 키랄 공동조립에 적용해 청/녹/적색의 풀컬러 원편광을 구현했으며, 발광 효율과 발광 수명을 크게 향상시켰다. 특히 원편광 발광 효율은 기존 고분자 조립 기술 대비 가장 높은 수준을 달성했다.
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